Le vendredi 5 avril 2024, Eliott Alloin, membre de l’équipe de recherche de la Chaire Hydro’like et diplômé de Grenoble INP – Ense3, UGA, a brillamment soutenu sa thèse, intitulée « Étude numérique des instabilités hydrodynamiques dans le distributeur et l’avant-distributeur de turbines-pompes ». Sa soutenance a eu lieu au LEGI, Laboratoire des Écoulements Géophysiques et Industriels. Cette recherche s’inscrit dans le cadre du projet YALES2 de la Chaire Hydro’like, portée par la Fondation Grenoble INP grâce au mécénat de General Electric Vernova. Ce projet vise à développer des méthodes numériques novatrices pour la conception et l’optimisation des turbines hydrauliques.
Les enjeux des turbines-pompes dévoilés
Dans un monde où nous cherchons à intégrer plus d’énergies renouvelables dans nos réseaux électriques, les Turbines-Pompes (TP) dans les Stations de Transfert d’Energie par Pompage (STEP) sont de plus en plus sollicitées, souvent au-delà de leur point de fonctionnement nominal en mode pompe. Ces machines sophistiquées peinent à opérer efficacement sous certaines conditions, notamment lors de fonctionnement sous haute chute.
Eliott Alloin a exploré ce phénomène complexe dans sa thèse. Grâce à l’utilisation de Simulations des Grandes Échelles (SGE ou LES), il a étudié les dynamiques de l’eau à l’intérieur de ces pompes. Il a découvert que lors d’un fonctionnement sous haute chute, l’eau se déplace de manière instable à l’intérieur, avec des zones de fortes instabilités tourbillonnaires. Ces mouvements déstabilisent le fonctionnement de la turbine, provoquant des tourbillons près des bords des pales en sortie de la roue, qui réduisent son efficacité. Pour approfondir sa compréhension de ces phénomènes, Eliott a également mené des expériences sur un modèle simplifié de pompe.
Vers des turbines plus performantes
Eliott a utilisé une approche Arbitraire Lagrangienne-Eulérienne (ALE) avec Adaptation Dynamique de Maillage (DMA) pour prendre en compte la rotation de la roue. Ses simulations LES, similaires aux essais de General Electric Hydro Solutions, et ses simulations SAS, ont prédit les mêmes pertes à l’exception du phénomène de lâché tourbillonnaire dans la roue. D’autres simulations LES ont mis en évidence des paramètres affectant les décollements, apportant ainsi de nouvelles perspectives sur les instabilités hydrodynamiques en charge partielle.
Ces avancées sont essentielles pour l’avenir des turbines-pompes dans les Stations de Transfert d’Energie par Pompage. En comprenant mieux les facteurs qui influencent ces instabilités, les ingénieurs sont en mesure de concevoir des pompes plus efficaces et stables, même lorsqu’elles sont exploitées loin de leur point de fonctionnement nominal. Cela pourrait grandement améliorer l’intégration des énergies renouvelables dans nos réseaux électriques, contribuant ainsi à une transition énergétique plus durable et plus efficace.
